CN111390576B - 用于制造完井装置偏置管体的工装夹具 - Google Patents

用于制造完井装置偏置管体的工装夹具 Download PDF

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Abstract

用于制造完井装置偏置管体的工装夹具，装夹系统包括以放置管体的V型支撑块；转位系统包括：X轴旋转定位机构，通过驱动四爪卡盘控制所述管体绕其中轴旋转；以及Z轴旋转定位机构，通过转轴控制管体绕垂直中轴旋转；限位系统包括若干锁紧机构，在Z轴旋转定位机构旋转后对其进行限位。本发明可以灵活地调整管体与固定刀具之间的角度，在加工多个斜孔或直孔的作业中，将原先两道以上的工序合并为一道，操作得到了简化，提高加工效率，降低了生产成本。

Description

用于制造完井装置偏置管体的工装夹具
技术领域
本发明涉及管体制造用装置，具体地说是一种用于制造完井装置偏置管体的工装夹具。
背景技术
目前，针对带斜孔、深直孔的管体的加工方法有三种。第一种方法为，使用深孔钻床以及数控四轴加工中心进行加工，在两个不同的机床上需要使用两套不同的夹具；这种方法的加工精度不稳定，且对工人装夹工件的找基准面的技术要求高。第二种方法是使用大型龙门钻床进行加工，要使用两套不同的夹具，且更换夹具过程繁琐，能够保证加工精度但是效率低下。第三种方法是使用高档数控五轴加工中心进行加工，只需要一套模具，能保证精度但成本昂贵。
在石油行业中的完井装置偏置管体是勘探装置的关键零件，其外形复杂、加工精度要求较高。完井装置偏置管体上有两个关键孔：第一处孔是斜孔，孔的方向是从管状工件的表面指向工件中心轴，一般与中心轴成60°角；第二处孔是深直孔，孔的方向与工件中心轴平行；两处孔的相交，夹角成60°。
因此，为了保证加工精度的同时降低对工人操作以及加工设备的要求，进而提升效率、节省成本，有必要研制一种专用于完井装置偏置管体制造的工装夹具，能够在一台普通三轴数控车床上完成斜孔、深直孔的加工。
发明内容
本发明为解决现有的问题，旨在提供一种用于制造完井装置偏置管体的工装夹具。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括装夹系统、转位系统和限位系统，其中：
所述装夹系统包括用于放置管体的支撑块；
所述转位系统包括：X轴旋转定位机构，通过驱动四爪卡盘控制所述管体绕其中轴(即X轴)旋转；以及Z轴旋转定位机构，通过转轴控制管体绕垂直中轴(即Z轴)旋转；
所述限位系统包括若干锁紧机构，在Z轴旋转定位机构旋转后对其进行限位。
其中，所述支撑块为两具V型支撑块。在一些实施例中，所述支撑块与管体侧壁的接触处设有防划伤的铜块，有效保护了管体的外表面。
其中，所述转轴中设有旋转用的轴承，利于平稳地转动。
其中，Z轴旋转定位机构设有用于手动驱动其旋转的手柄。
其中，四爪卡盘夹紧管体的外壁，并由电机驱动其沿轴线作周向旋转，以调整作业时管体的朝向。
其中，装夹系统还包括用于确定基准面的标尺，标尺可旋转地收纳于尺座中；尺座上设有若干用于调整的卡槽；可在尺座中移动的销轴卡入卡槽后，其端部位置即为基准面。
其中，标尺可通过销轴的旋转而收纳入尺座内。
其中，所述标尺与管体接触的端部为铜制，起到避免划伤的效果。
装夹工件时，标尺绕销轴立起，卡入卡槽，顶住管体外壁上粗加工好的平面，便能快速确定加工基准面；工件装夹完成后，标尺脱出卡槽，销轴在尺座中轴向移动，使标尺远离加工基准面，再绕销轴放下。
其中，Z轴旋转定位机构还包括带弹簧的定位块，所述定位块的一端连接压缩状态的弹簧，另一端可在旋转后落入定位槽内。
其中，限位系统由两个独立的锁紧机构组成，包括螺杆，螺杆设有带平面、斜面的限位块；在Z轴旋转定位机构未旋转时，通过旋转螺杆而推动限位块移动，其平面顶紧Z轴旋转定位机构，进而限制其转动；在Z轴旋转定位机构旋转后，通过限位块的斜面顶紧Z轴旋转定位机构，同样限制其转动。
其中，所述限位系统还包括带贯穿的螺纹孔的固定架，螺杆穿过螺纹孔并与固定架可相对移动地连接；螺杆的一端设有限位块，所述限位块上设有所述平面、斜面。
其中，限位块上设有滑轮，可利于移动，同时也避免了摩擦。
其中，所述螺杆设有用于驱动其旋转的手轮，便于人工操作。
和现有技术相比，本发明可以灵活地调整管体与固定刀具之间的角度，在加工多个斜孔或直孔的作业中不必重新寻找基准面或使用多套夹具，将原先两道以上的工序合并为一道，操作得到了简化，人工、设备的要求也得以降低；提高加工效率，降低了生产成本。结构设计简单，采用的机构对工人技术要求较低；本发明的机械原理简单，操作方便，符合实际生产应用的要求；尤其适用于完井装置偏置管体制造领域。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图；
图2为装夹系统的结构示意图；
图2a为图2中A圈处的局部放大图；
图3a为转位系统的结构示意图；
图3b为转位系统的剖视图；
图4为本发明实施例中的限位系统的结构示意图；
图5为本发明实施例的使用说明图(旋转60°之后状态)；
图5a为图5中B圈处的局部放大图；
图6为本发明实施例的使用说明图(旋转180°之后状态)。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步地说明。
参见图1至图6，图1至图6展示的是本发明的一个实施例，是包括装夹系统1，转位系统2和限位系统3。其中装夹系统1包括用于放置管体的V型支撑块1-2。先将基准面标尺1-1自尺座1-4内绕销轴1-5旋转立起，将管体放置在V型支撑块1-2上，其一端通过四爪卡盘1-3夹紧。
所述转位系统包括X轴旋转定位机构2-1，其通过驱动四爪卡盘1-3控制所述管体绕其中轴旋转。X轴旋转定位机构2-1使用电动控制四爪卡盘1-3，进而完成工件绕X轴(即管体中轴)的旋转、定位。
Z轴旋转定位机构2-2的转轴中装有轴承2-3，通过插入的手柄进行手动控制，以完成工件绕Z轴(垂直中轴，竖直向上)的旋转。在Z轴旋转定位机构2-2完成旋转、定位之后，通过控制限位系统3限位。
作为优选，Z轴旋转定位机构2-2设有基座1-7，所述基座1-7上固定有X轴旋转定位机构2-1；所述基座1-7可以通过转轴实现旋转。
作为优选，参见图3a，基座1-7的上上端面设有若干长条形的长槽，所述旋转机构X轴旋转定位机构2-1的定位块置于所述长槽内，可以选取Z轴旋转定位机构2-2所需要固定的位置。
参见图2、图2a所示的装夹系统1。所述装夹系统1由基准面标尺1-1、V型支撑块1-2和四爪卡盘1-3构成。V型支撑块1-2在安装管体的同时，还可以辅助管体对中。
作为优选，V型支撑块1-2上还安装有铜块，可以防止工件旋转时表面划伤。
本实施例中，参见图2a，尺座1-4设有预先加工的三条垂直于水平面的卡槽。标尺1-6能够绕销轴1-5立起，销轴1-5能够在尺座1-4上沿其轴向移动，以使标尺1-6能置入不同的卡槽中，进而改变所确定的基准面的位置。
作为优选，标尺1-6的顶端由铜制成，可防止划伤管体的表面。
在装夹管体时，标尺1-6绕销轴1-5立起并卡入所需的卡槽内；顶住管体侧壁上粗加工好的面，便能快速确定加工基准面。在管体装夹完成后，标尺1-6脱出卡槽，销轴1-5在尺座1-4中轴向移动，使标尺1-6远离加工基准面，再绕销轴1-5放下，完成收纳。
参见图3a、图3b，转位系统2由X轴旋转定位机构2-1和Z轴旋转定位机构2-2组成。其中，X轴旋转定位机构2-1通过驱动四爪卡盘1-3控制所述管体绕其中轴旋转；为了满足加工定位精度的要求，本实施例通过电机控制X轴旋转定位机构2-1进行管体绕X轴的精确旋转。
作为优选，参见图3b，还包括带弹簧的定位块2-4，即定位块2-4的上端连接压缩状态的弹簧，弹簧的上端连接的X轴旋转定位机构2-1基座1-7(可通过Z轴旋转定位机构2-2绕Z轴旋转)，下端可在旋转后落入定位槽内。
进一步地，定位槽的横截面为三角形，可与定位块2-4相配合。通过手柄手动转动基座1-7时，三角形的定位块2-4与定位槽的斜面接触，此时正压力竖直向上的分力压缩弹簧，定位块2-4随转动而退出定位槽。Z轴旋转定位机构2-2手动转动至下一定位槽时，弹簧释放、定位块2-4与下一定位槽配合。
作为优选，参见图3b，滚轮2-5在起支撑作用的同时，使转动时的摩擦阻力更小，且方便手动转位。
参见图5和图5a，由初始位置手动使基座1-7顺时针转动60°，则可以进行上述管体的第一处斜孔的加工。参见图6，由初始位置手动使基座1-7顺时针转动180°，则可以进行第二处孔的加工；该第二处孔为轴向的深直孔。两次转位后，均可通过限位系统3限制转动。
参见图4，所述限位系统3由两个独立的第一锁紧机构3-1和第二锁紧机构3-2组成；限位系统3包括带贯穿的螺纹孔的固定架，螺杆穿过螺纹孔并与固定架可相对移动地连接；螺杆的一端设有限位块，所述限位块的顶端设有所述平面、斜面。螺杆一端的通过可拆卸的手轮3-3驱动限位块进行前、后移动。在Z轴旋转定位机构2-2未旋转时，通过第一锁紧机构3-1和第二锁紧机构3-2的平面顶紧基座1-7的侧壁，以限制其转动。在Z轴旋转定位机构2-2旋转60°后，通过第一锁紧机构3-1和第二锁紧机构3-2的限位块顶端的斜面顶紧基座1-7侧壁；即斜面需加工成相对应的角度，以配合Z轴旋转定位机构2-2的旋转。
作为优选，限位块上还设有滑轮，利于移动；同时也避免了限位块下端面与基座1-7上端面的摩擦。
参见图5所示，图示为Z轴旋转定位机构2-2手动旋转60°示意图。转位后，其中带弹簧的三角形定位块2-4与旋转60°时的定位槽相配合，限位系统3的限位块则顶紧Z轴旋转定位机构2-2的基座1-7的同一侧。此时待加工的管体的斜孔对准刀具进给方向；在刀具进给完成该处斜孔的加工后，X轴旋转定位机构2-1控制管体沿X轴周向旋转120°，从而进行下一处斜孔加工。
参见图6所示，图示为Z轴旋转定位机构2-2手动旋转180°示意图。再次转位后，其中带弹簧的三角形定位块2-4与旋转180°时的定位槽配合，限位系统3的两个限位块的斜面则分别顶紧Z轴旋转定位机构2-2的两侧。此时深直孔对准刀具进给方向；换刀之后，刀具进给完成直孔加工。X轴旋转定位机构2-1控制管体沿X轴周向旋转120°，从而进行下一处深直孔加工。
在制造上述的完井装置偏置管体时，本实施例可以减少工人的安装对中与找基准面的时间。在完成第一处孔加工后可手动转位，继续完成第二处孔的加工，减少更换机床的时间，提高加工精度，提高效率；同时节省了人工和制造成本。
上面结合附图及实施例描述了本发明的实施方式，实施例给出的结构并不构成对本发明的限制，本领域内熟练的技术人员可依据需要做出调整，在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改均在保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于制造完井装置偏置管体的工装夹具，其特征在于：包括装夹系统、转位系统和限位系统，其中：
所述装夹系统包括用于放置管体的支撑块；
所述转位系统包括：
X轴旋转定位机构，通过驱动四爪卡盘控制所述管体绕其中轴旋转；
以及Z轴旋转定位机构，通过转轴控制管体绕垂直中轴旋转；
所述限位系统包括两个独立的锁紧机构，包括螺杆，螺杆设有带平面、斜面的限位块；在Z轴旋转定位机构未旋转时，通过旋转螺杆而推动限位块移动，其平面顶紧Z轴旋转定位机构；在Z轴旋转定位机构旋转后，通过限位块的斜面顶紧Z轴旋转定位机构。
2.如权利要求1所述的用于制造完井装置偏置管体的工装夹具，其特征在于：装夹系统还包括标尺，标尺可旋转地收纳于尺座中；尺座上设有若干卡槽，可在尺座中移动的销轴卡入卡槽后，其端部位置即为基准面。
3.如权利要求1所述的用于制造完井装置偏置管体的工装夹具，其特征在于：所述Z轴旋转定位机构还包括带弹簧的定位块，所述定位块的一端连接压缩状态的弹簧，另一端可在旋转后落入定位槽内。
4.如权利要求1所述的一种用于制造完井装置偏置管体的工装夹具，其特征在于：所述限位系统还包括带贯穿的螺纹孔的固定架，螺杆穿过螺纹孔并与固定架可相对移动地连接；螺杆的一端设有限位块，所述限位块上设有所述平面、斜面。
5.如权利要求4所述的一种用于制造完井装置偏置管体的工装夹具，其特征在于：限位块上设有滑轮。
6.如权利要求4所述的一种用于制造完井装置偏置管体的工装夹具，其特征在于：所述螺杆设有用于驱动其旋转的手轮。
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